（电气工程专业论文）县级城市电力综合自动化系统研究.pdf

a b s t r a c t i nt h ee l e c t r i ca u t o m a t e ds y s t e mo f c i t y a t c o u n t yl e v e l a tp r e s e n t ，al o to fa u t o m a t e d s y s t e m sm o s t l ye x i s t ，f o rf i n i s h i n gd i f f e r e n tf u n c t i o n s ，r o u g h l yi n c l u d et h ef o l l o w i n gs e v e r a l p a r t i nt h ea u t o m a t i o no fc i t ya t c o u n t yl e v e l ：t r a n s f o r m e rs u b s t a t i o nc o m p l e xa u t o m a t i c s y s t e m ，d i s p a t c h a u t o m a t e d s y s t e m ，d i s t r i b u t i o n a u t o m a t i o n s y s t e m ，g e o g r a p h i c a l i n f o r m a t i o ns y s t e m ，e l e c t r i cc o n s u m p t i o nc h e c km e t e r s y s t e m ，e t c t h i st e x tp r o c e e d sf r o mr e a lb u s i n e s sd e m a n da n ds e t so u tw i t ht h et e c h n i c a lf e a s i b i l i t y a n g l et ot h ec o n s t r u c t i o nm o d eo fp o w e ra u t o m a t i o no fc i t ya tc o u n t yl e v e la tp r e s e n t ，h a v e s t u d yt h e d e m a n df o rt h eu r b a ne l e c t r i cw i r e n e t t i n g a t c o u n t yl e v e l ，h a ss t u d i e d t h e c o m p o s i t i o no f t h e e l e c t r i cc o m p l e xa u t o m a t i cs y s t e ma n df u n c t i o no f e a c hm o d u l e ，a n dt r e n d i si tm a k e st ob e c o m p a r a t i v e l yd e e p r e s e a r c ht oc a l c u l a t e t h r o u g hd i s c o v e r i n gt h o r o u g h l y ，i t i sv e r ys u i t a b l et os e tu p ”c o l l i g a t i o np o w e r s y s t e m a t c o u n t yl e v e l ”i nt h ec i t y a tc o u n t yl e v e lo ft h i st e x t ，c a ni m p r o v et h em a n a g e m e n tw a t e r p r o d u c to f t h eu r b a ne l e c t r i cn e t w o r ka tc o u n t yl e v e lf r o ms u c ha l lr e s p e c t sa st h ee c o n o m y ， e f f i c i e n c y ，e t c ，r e d u c et h ee n o r m o u sm a n a g e m e n tc o s t f o re l e c t r i c e n t e r p r i s e s ，m a k et h e e l e c t r i cc o m p l e xa u t o m a t i cs y s t e mo f c i t ya tc o u n t yl e v e lh a v ee n o h t l o u sv a l u et op o p u l a r i z e k e y w o r d ：d i s t r i b u t i o n a u t o m a t i o n 、d i s t r i b u t i o nn e t w o r k a n a l y s i s 、p o w e r f l o w 、 c o l l i g a t i o np o w e rs y s t e m a tc o u n t yl e v e l 浙江大学硕士学位论文县级城市电力综合自动化系统研究 1 1 背景及概念的提出 第一章绪论 当前，我国电力工业的发展速度，己由过去主要取决于投资规模逐步转变为由市场需 求来决定，电力市场由卖方市场向买方市场转变已见雏形，对于电网的认识到原来的“重 发、轻管、不管用”的危害，逐渐开始重视用电部分的建设，即配电网络的发展，但是 由于历史的原因，电网的建设缺乏统一规划的现象1 1 1 。 在全国电力体制改革会议上已明确提出：今后发电、供电、用电要同步建设，不要再 “重发轻供不管用”。以往我国发电配电投资比为1 ：o 1 2 ，大大落后于先进国家1 ：0 6 o ，7 的比例，将会得到较快的改善。此外，随着我国电力法的颁布，广大用户不仅要求有电 用，而且要求供电安全可靠、电能质量符合质量标准。各供电局纷纷对用户作出有关供 电质量和供电可靠性的各种承诺，其中北京供电局计划筹资7 8 亿元来进行城网改造和配 电自动化建设。这就足以说明广大配电市场驱动的力度，更不用说众多经济开发区对供电 安全和质量所提出的更高的要求了。 我国县级城市调度自动化发展比较早，目前已经到了相对成熟的阶段，而我国配电 自动化工作起步不久，面临着种种复杂局面，往往无所适从。据了解，许多配网上自动化 项目的积极性很高，但由于投资水平有限，所要解决的主要问题也有所不同，可以说投资 的效益比并不高，因此，目前都希望能找到一个“性能价格比”较好、符合当代技术发 展方向、能“统一规划，分步实施”、不致因系统发展或技术进步而“推倒重来”的系统。 目前县级城市由于历史原因也像地级城市一样具有调度、配电等多套系统，笔者认 为对于县级城市的电网规模( 设备数量) ，建造多套自动化系统的必要并不大。而对于地 级城市将目前的多套系统的状况采用一套系统并不太合理，应该考虑系统建设后的性能 指标和处理的数据量和管理规模来考虑。 目前县级城市电力自动化系统主要包括：调度自动化、变电站综合自动化、配电自 动化、地理信息、管理系统等。对于县级城市而言，由于电网规模、人员配置、人员技 术水平、维护人员数量、售电效益等的因素，并不需要建设多个系统去各自完成自己的 功能，完全可以通过一套系统实现现有系统的各个功能的全新系统，即：“县级电网综合 自动化系统”。 浙江大学硕上学位论文县级城市电力综台自动化系统研究 “县级电网综合自动化系统”完全符合投资经济性和管理的需要，从技术角度讲也 是完全可以实现的。从管理的角度讲更符合现行的管理规则。 所以发展“县级电网综合自动化系统”是符合县级城市发展的需要的，也是提高县 级城市电网运行水平、合理降低投入的必要手段。 1 2 缩写说明 d m s ：( d i s t r i b u t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ) 配电管理系统 e m s ：( e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m 能量管理系统 d a ：( d i s t r i b u t i o n a u t o m a t i o n ) 配电自动化 a m f m g i s ：( a u t o m a t i cm a p p i n g f a c i l i t ym a n a g e m e n t g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n s y s t e m ) 自动绘图，设备管理地理信息系统 s c a d a ：( s y s t e mo f c o n t r o l a n d d a t a a c q u i s i t i o n ) 数据采集和监视控制 d j m ：( d i s t r i b u t i o nj o bm a n a g e m e n t ) 配电工作管理 g p s ：( g l o b a lp o s i t i o ns y s t e m ) 全球定位系统 r t u ：( r e m o t et e r m i n a lu n i t ) 站内远方终端 f a ：( f e e d e ra u t o m a t i o n ) 馈线自动化 f t u ：( f e e d e rt e r m i n a lu h i t ) 馈线远方终端 t t u ：( t r a n s f o r m e rt e r m i n a lu n i t ) 配变远方终端 1 3 目前县级城市自动化系统状况 目前对于县级城市电力自动化系统中，各个系统般采用分别建设的策略，在县级 城市自动化中大致包含以下几个部分：变电站综合自动化系统、县级调度自动化系统、 配电自动化系统、地理信息系统、电量抄表系统等。 我国电网地区调度自动化功能以1 0 k v 为界分为地区和配电两大部分，前者采用部 分能量管理系统( e m s ) 功能，后者采用配电管理系统( d m s ) 功能。在e m s 系统中包含变 电站综合自动化系统。配电管理系统与调度自动化的划分如图1 1 所示： 2 浙江大学硕士学位论文县级城市电力综合自动化系统研究 地调 图1 1 调度自动化与配电管理系统的划分 变电站自动化系统：八十年代术九十年代初，数字信号处理( d s p ) 技术的应用，导致免 变送器r t u 的问世。而免变送器r t u 的问世，不仅使得随一次设备分散布置的分散式r t u 很快地发展了起来，而且还提供了强有力的功能综合优化手段。如电压、功率和电度的测 量，以前需要通过三种不同的变送器来实现，而免变送器的r t u 可直接从c t 、p t 采样电 流电压波形，通过分析计算，不仅可以得出电压、有功无功功率和有功无功电度，还可分出基 波和谐波值，进一步计算出功率因数、频率以及零序负序参数等值。在变电站综合自动化 中，这种分散布置的r t u 模块通称为测量控制单元或i o 单元。与此同时，变电站站内传 统的各种继电保护和重合闸、故障测距、故障录波等自动装置，同样受到d s p 的冲击，直 接从c t 、p t 采样电流电压波形，通过分析计算，不仅可以得出各种继电保护的运行值和整 定值并进行比较，实现其保护功能，而且还可和重合闸、故障测距、故障录波、小电流接地 系统单相接地选线等功能综合在一起，随一次设备分散布置。在变电站综合自动化中，这种 分散布置的保护和自动装置模块通称为保护单元。i o 单元和保护单元的出现，使得传统 的集中控制的变电站自动化系统除变电站级的中央单元外，增加了一层由i o 和保护单元 所组成的间隔级( b a y l e v e l ) 。因此，i o 和保护单元有时也统称为间隔级单元。不同的是，i o 单元主要是面向正常运行方式，而保护单元则是用于故障环境。因此，两者对c t 变比的要 求有所不同睇j 。 中央单元和间隔级单元之间，一般是采用光缆连接，并通过信息共享实现诸如“室内 五防、室外四防”的软件闭锁，取代或简化传统上较为复杂的二次闭锁回路。此外，中央单 一 路电 一 一； 圹慧调e 蔫 制制配 大 地 一 浙江大学硕士学位论文县级城市电力综合自动化系统聊f 究 元还承担少量公用的i o 和管理任务，如接入对时用的g p s 信息、无人值班时的入门监视 和烟雾报警，以及和环网上的f t u 配合实现信息转发、环网控制和接地选线等。这样，通 过高一层次的综合优化，组成了变电站的综合自动化系统。 调度自动化：县级城市调度自动化是利用计算机、通信等技术实现县级城市电网供 电变电站的集中控制，最终达到变电站无人值守的目的，实现县级城市电网的自动化管 理。县级电网调度自动化系统，在电网的实时监控、故障处理、负荷预测和电网的安全、 经济、稳定运行等方面，发挥了重要作用，同时也为各级领导和生产、管理部门提供科 学准确的决策依据等方面发挥着重要的作用。县级电网调度自动化系统的应用彻底地改 变了传统的电网调度方法，为县级电网调度提供了高科技含量的新型电网调度手段，是 县级电网调度手段和方法的一次革新，是县级电网安全、经济、稳定运行的重要保障”。 配电自动化：配电管理系统是建立在新的配电自动化设备和通信网络的基础之上， 应用计算机技术、自动控制技术、电子技术以及通讯技术，对配电网进行在线和离线的 智能化监控与管理，使配电网运行在安全、可靠、经济、优质、高效的状态下。它为供 电企业提供一种先进的管理手段，给用户提供满意的供电服务。 由于配电网与输电网结构的不同配电自动化的组织一般采用分层分区集结的方式。 配电自动化一般分为二到三层( 大城市有四层结构) ，分层的数目主要是考虑数据规模而 定。配调主站层：配调主站从各个配电子站获取配电网的信息，对配电网进行全面监视 和控制，实现故障诊断、故障隔离和非故障区的恢复供电，分析配电网的运行状态，对 整个配电系统进行有效的管理：终端设备层：包括开关监控单元f t u 、配变监测单元t t u 、 环网柜r t u 、开闭所r t u 、馈线通信设备等，该层主要完成对配网设备直接的采集控制。 按照电力管辖区域，分别在变电站建设配电子站，用于管理本区域内的配电设备和 故障处理等功能，按照以上设计原则配电自动化系统的体系结构如图1 2 所示： 地理信息系统：地理信息系统是一门集计算机科学、信息学、地理学等多门科学为 一体的新兴学科，它是在计算机软件和硬件支持下、运用系统工程和信息科学的理论，科 学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供对规划、管理、决策和研究所需信息 的空间信息系统。 4 浙江大学硕上学位论文县级城市电力综合自动化系统研究 图1 2 配电管理系统结构示意图 电力地理信息系统是将供电系统所涉及到的电线杆、架空线、电缆和所有电气设备 输入到可任意缩放的电子地图中去并提供丰富的对设备查询、编辑和统计手段，在此基 础上对配电网进行科学的管理，并在区调一级逐步取代模拟盘。 电力地理信息系统发展到今天已经成为电力企业管理电力设备和空间数据的有效手 段，电力地理信息已经成为电力企业的数据支撑平台。在电力事业的发展中发挥着举足 轻重的作用n 居民用户抄表：电能数据采集及计费自动化系统是集电能数据自动采集、数掘传输、 计费结算、用电分析及用电监测于一体的自动化系统，是电网推行商业化运营和管理， 电力走向市场的技术保障之一。从结构上讲，电能数据采集及计费自动化系统是集手站 系统、远程数据采集终端、计量表计于一体的，全面实现发、输、配电网用户电能数据 的自动采集、分析与计费功能的自动化系统【5 】。 比较大规模典型的电能量采集系统结构如图1 3 所示： 浙江大学硕上学位论文县级城市电力综台自动化系统研究 图1 3 抄表系统组织示意图 以上是独立的抄表系统的结构，在县级城市电网综合自动化中，这些功能是出系统 的s c a d a g i s t m r 等系统配合完成的。在工作站配置上，没有单独配置，可以在任何 一台工作站上进行管理。 在抄表系统中一个比较重要的环节是通信系统，在以往没有其它自动化系统的情况 下，抄表系统的通信是采用无线、载波等方式，但在建设了配电自动化以后，抄表系统 的信道就直接可以采用配电自动化的馈线级通信实现。 1 4 本文论点 鉴于目前对于县级城市电网自动化的需求分析，本文将介绍“县级电网综合自动化 系统”。即用一套系统实现县级城市的调度自动化、交电站综合自动化、配电自动化、地 6 浙江人学硕十学位论文县级城市电力综合自动化系统研究 理信息系统、管理系统、抄表等系统。 县级电网综合自动化系统( c o u n t y p o w e r n e t w o r k s y n t h e s i z e d a u t o m a t i o ns y s t e m 简 写c p n s a s ) 是利用现代计算机技术、通信技术、软件技术，在一个系统平台上集成县 级电网调度自动化、变电站集中控制、县城配网自动化、w e b 信息发布、高级应用以及 地理信息系统( g i s ) 等功能的新一代县调系统，用最新技术手段，实现信息共享。系统 的应用能够有效提高县级电网的管理水平，保证电网的安全经济运行，提高供电可靠性 和电能质量，为客户提供优质服务。 根据目前电力企业对设备归属权的划分，在地级城市中所有的变电站( 包括变电站 内的1 0 k v 设备) 全部归地区调度管理，变电站以外的配电线路和配电线路上的设备全部 归属配电调度管理，分界线一般时设在变电站出口。在地级城市的配电自动化实施过程 中由于在配电网故障处理完成的情况下需要操作变电站出线开关，而乃关的管理权限在 地区调度一侧，所以给配电自动化的执行效率带来了许多负面影响。 县级城市综合自动化系统从各个角度分析都是可是实现的。 从管理权限和范围讲，在县级城市中不存在设备管理权的冲突，因为在县级城市从 变电站所有设备到配电线路( 馈线) 上的所有设备均归属于县级供电企业一家管辖，这 种管理范围给县级城市电力综合自动化系统提供了管理方面的条件。所以在处理故障网 络故障时，不再需要变电站和配电线路单独处理，而是统筹考虑，使得故障处理和供电 更加合理化。 从技术角度讲，实现“县级电网综合自动化系统”是完全可行的，因为一般的调度 和配电自动化系统均含有s c a d a 功能，所不同的是两个系统所采集的设备对象不同而 已。从网络数据一致性维护的角度讲，s c a d a 和g i s 系统之间数据的传输给电网数据 的一致性带来了不利影响，而本文提出的“县级电网综合自动化系统”完全采用一致的 数据完成电网的管理，从设计角度讲更加易于实现。 从经济角度讲，“县级电网综合自动化系统”相比以往单独孤立的各个系统的投资和 维护费用，可以说得n - y 大大的提高。一般情况下，县级城市具有3 - - 4 个独立的系统去 完成县级电网的管理，而“县级电网综合自动化系统”只用一套系统就可以完成，而且 运行维护人员的数量也大大降低。 浙江大学硕士学位论文县级城市电力综台自动化系统研究 1 5 本文系统的推广意义和应用前景 鉴于县级综合自动化系统的比以往分别建设各个系统的巨大经济效益比和维护施一1 等方面的众多优点，在将来的推广中一定会有巨大的市场空间。 县级电力综合自动化系统在建设时可以完成的功能是以往变电站综合自动化系统、 县级调度自动化系统、配电自动化系统、地理信息系统、电量抄表系统等多大5 套系统 的功能，同时硬件的投资并不是5 倍，运行人员的配置也是大约原来的l 3 左右，维护 人员大约是原来的1 1 2 左右。 不管从经济角度还是从维护、管理的角度讲，县级城市综合自动化系统的推广具有巨 大的现实意义。 浙江大学硕士学位论文县级城市电力综合自动化系统研究 第二章系统的结构和功能 2 1 综合自动化系统结构 2 1 1 系统的分层结构 根据县级城市电网特点“县级电网综合自动化系统”分为三层比较合理。 第一层为县级电网综合自动化系统主站，可以采用双机双网、双机单网或单机单网 结构，客户机i n 务器体系，可以采用w i n d o w s2 0 0 0 操作系统或u n 与w i n d o w s2 0 0 0 混合操作系统，数据库管理系统可以选用s q ls e r v e r2 0 0 0 、o r a c l e 或s y b a s e 。采用面向 对象设计、标准c s 模式、数据软总线技术、系统具有良好的实时性、开放性、易操作、 易维护。 第二层为综自变电站层( 或r t u ) 和配电自动化子站层，配电子站用于f t u 、t t u 的信息集结，减轻主站通信负担，提高速度和可靠性。综自变电站层用于集结综自间隔 层的保护监控设备。 第三层为配电自动化终端层，主要包括f t u 和t t u 等；以及综自间隔层的保护监 控设备等。 县级城市电力综合自动化系统结构如图2 1 所示。 2 1 2系统数据流向和功能配合 以往的调度自动化系统主要是完成变电站设备( 断路器等) 的常规调度和在故障状 况下对故障处理的监视任务，它所完成的功能范围完全集中在变电站设备的调度卜，完 全没有考虑和变电站外1 0 k v 线路的配合问题，这种分而制之的方式在县级城市中已经完 全没有必要，同时也不符合电力网络的设备之间的配合。 本文提出的“县级电网综合自动化系统”对县级城市的变电站( 1 1 0 k v 、3 5 k v 、1 0 k v 出线) 和1 0 k v 的配电网络所组成的电网进行统一的管理和调度。 9 浙江大学硕士学位论文县级城市电力综合自动化系统研究 县级电力综合自动化系统配置结构示意图 图2 1 县级城市电力综合自动化系统结构图 在“县级电网综合自动化系统”中设有地理信息g i s 功能、信息采集与控制s c a d a 功能、电量抄表t m r 系统、电网综合调度功能、输配电一体化p a s 功能等，几个主要 的功能，各个功能之间数据流向和功能配合见图2 2 信息流向和功能配合： 1 0 浙江大学硕士学位论文县级城市电力综合自动化系统研究 图2 2 信息流向和功能配合 作为系统的静态数据管理和输入数据库的g i s 功能，管理着电网的所有静态数据， 包括变电站和馈线设备的参数数据等电气设备的固有信息，同时也包含着这些设备的地 理位置信息、电网的调度图形，这些信息的输入和维护全部都在g i s 上完成，这样就可 以保证系统数据的一致性。 信息采集s c a d a 系统直接利用g i s 中输入的电网图形，用于分析和调度，在g i s 中 输入时同时也生成了用于s c a d a 的设备i d 信恩，这样s c a d a 的所有基础信息就已经满足 要求了，所以直接利用g i s 中输入的数据就完全满足的数据维护致性的问题。 电量抄表t m r 系统也是直接利用g i s 输入的图形和拓扑信息，进行电量累加和线损 的分析计算。 调度分析系统利用s c a d a 提供的量测信息和拓扑信息通过逻辑上的方案给出电网的 调度方案，这个方案只是拓扑上的可能方案，对这些方案输出给p a s 进行分析，p a s 分析 后给出各个方案的经济和安全指标，返回给s c a d a 系统供调度员选择进行执行。 这样就完成了系统所有数据的一致和系统在管理电网范围内全面调度，考虑安全和 经济的综合优化结果。 i i 浙江火学烦士学位论文县级城市电力综合自动化系统研究 2 2 综合自动化系统功能 2 2 1 系统调度子功能 县级城市电力综合自动化系统的调度功能区别于传统的调度功能，在这里调度功能 包含传统意义上的变电站设备调度和配电网络调度功能，变电站调度和馈线调度的配合 可以比以往调度更好的完成故障的处理和日常维护”。 主要完成： 智能化网络建模： 网络建模主要是根据g i s 中提供的静态数据进行分析，去除调度不感兴趣的多 余信息，形成符合电力分析用模型。 拓扑分析： 网络拓扑分析根据开关刀闸的状态信息，确定整个电网的电气联通性关系，采 用广度优先搜索的方法，对配电网络进行分析。对于变电站内网络采用深度优先搜 索的方法，处理复杂的网络接线方式。 动态着色 量测系统的分析和维护： 由于量测设备的局限，实际的量测值在使用过程中难以满足要求。 状态估计： 县级城市的量测系统一般较弱，开发的专门的专家规则来进行拓扑排错，自动 更正确定的拓扑错误，同时对可疑的情况进行告警处理。对于没有分接头量测的变 压器也可以通过变压器变比估计。 负荷预测 负荷预测可以预测短期一周内的负荷曲线，用于及时对调度方案进行调整。 电网等值 电网等值功能主要是服务与潮流计算和故障计算、保护定值计算和整定时等软 件。 潮流计算 潮流计算可以计算当前的实时潮流，也可以计算人工值数的状态的潮流，以便 于分析设计和规划。 浙江人学顶士学位论文县级城市电力综合自动化系统聍f 究 安全分析 安全分析分析故障后电网的安全运行分析，包括过载分析电气设备的安全度分 析。 自动故障处理 无功优化 通过分析电网的电压是否越限、线路是否过载等分析，如果达到优化界线，则 启动无功优化，这里的无功优化同时考虑变电站电容器优化和线路补偿电容器的配 合优化，主要原则是优先优化变电站电容器，在依然不满足要求的状况下启动线路 电容器优化。 故障计算 故障计算包括变电站设备故障和线路故障计算，故障计算包括两部分内容：第 一部分是故障电流计算，即在网络的任何点上的故障电流计算，第二是网络故障处 理模拟计算。 馈线自动化 馈线自动化( f a ) 的主要功能是馈线数据采集和监控。在正常情况下，远方实时监 视馈线开关的状态和馈线电流、电压情况，实现线路丌关的远方合闸和分闸操作，在负 荷不均匀时，通过负荷均衡化达到优化运行方式的目的。 馈线自动化的基本功能是在故障时迅速切除故障，通过一定方式隔离故障区域并且 恢复非故障区段的正常供电。 网络重构、优化 馈线系统具有环形网络，但是开环运行。因而，在满足负荷需要的前提下，一u 以适 当地进行倒闸操作，改变负荷的供电路径( 网络重构) ，以达到降低网络损耗，消除过载， 提高电压质量的目的。网络重构软件可以根据优化原理得出优化刀闸操作表，可以考核 刀闸操作的安全经济效益，给出每对刀闸操作的网损下降量。计算表明，根据不同系统 的不同情况，网络重构可能达到降低网络损耗5 2 0 的目标，经济效益巨大。 各个子功能之间的功能配合如图2 3 所示： 浙江大学硕士学位论文县级城市电力综台自动化系统研究 p a s 负荷预报 t 爰景霾鞋d j m 空间数据 设备数据 电网涮度系统 卒 设 图 数据 数据 界面 g i s 系统 s c a d a 历史 数据库、 设备数据 p a s 计算结果 故障处理系统 型蚕 r _ i 一鸯 实时量测数据 拓扑数据 s c a d a 系统 图2 3 应用功能配合 2 2 2 系统s c a d a 子功能 配电网是电力系统向用户供电最后一个环节，直接面向电力用户。其安全可靠运行 对国民经济正常发展、社会秩序稳定、人民正常生活有着重要意义。配电网实时监控系 统是配网安全、经济、可靠运行的重要支柱。 s c a d a 系统作为自动化系统的基础和核心，在电力系统中的主要功能和作用是采 集电气设备的测量信息，对测量到的数据进行处理，对需要其它系统处理的数据发到相 应的其它系统中”。 一个完善的配电s c a d a 系统是d m s 系统实现的基础，配电网络具有以下特点： 1 ) 配电网的保护问题就是配电网的故障识别、隔离以及供电恢复问题； 2 ) 配电网的量测相对不足： 3 ) 配电网的测点相对分散； 4 ) 配电网的设备数量巨大，是传统调度的十几甚至几十倍： 基于以上特点，在配电网中对s c a d a 系统有着特殊的要求。 在本系统的“县级电网综合自动化系统”中s c a d a 主要具有以下功能： 通讯处理： 从现场l e d 采集数据，经过处理后向子站或主站发送数据。主要包括对串口硬件的 支持、通信规约的解释( 接收、转发、上模拟屏) 、通道状态监视及通道切换、通道异常 1 4 浙江大学硕上学位论文县级城市电力综合自动化系统研究 告警等。 数据采集： ( 1 ) 对多种规约的接收：如c d t ，u 4 f ，d n p 3 0 ，1 0 1 等 ( 2 ) 常规远动信息采集： 设备内容：变电站、 电站 模拟量：有功功率、 状态量：开关位置、 态、储能信号 脉冲量 开闭所、环网柜、柱上开关、配电变压器、箱式变 无功功率、电压、电流、其他量测值 刀闸位置、有载调压变压器抽头位置、无功补偿状 事故顺序记录( s o e ) 电度量 ( 3 ) 保护信息采集； ( 4 ) 保护装置保护定值； ( 5 ) 各种智能仪表信息采集：如智能电度表分时电度、故障录波等： ( 6 ) 接收g p s 时钟； ( 7 ) 通道运行工况：包括通道误码数、失步数、上行通道状态、下行通道状念等 ( 8 ) 任务运行状态： ( 9 ) 工作站运行状态。 控制输出： 主要是对现场设备的控制操作： ( 1 ) 遥控：包括开关分合，保护压板投切、信号复归等； ( 2 ) 遥调：变压器分接头调节、电容器的投切； ( 3 ) 对时：统一系统时钟： ( 4 ) 电度冻结； ( 5 ) 保护定值整定下装。 数据发送： ( 1 ) 多种规约的转发：如c d t 、u 4 f 、t c p i p 、d n p 、1 0 1 等； ( 2 ) 数值、状态上模拟屏； ( 3 ) 向子站或主站发送数据。 状态监视及切换控制： 浙江大学硕士学位论文县级城市电力综合自动化系统研究 ( 1 ) 通道监视及主备通道切换： ( 2 ) 任务监视及主备任务切换。 规约解释： 采用一定的通信规约接受终端设备上传的数据，并进行解释还原成成熟数据，以供 配电主站软件相应的处理。将主站的遥控、对时等命令按照预定规约打包下传。 数据处理： 完成常用数据的分析处理，包括把数值与状态放入实时库，产生告警，特殊数据( 如 故障录波等) 不在此功能范围之内，根据用户的设定定时将数据存入历史数据库。 数据统计； 完成数据的进一步统计处理，包括内部统计量值、自定义计算量值及生成量三种类 型。内部统计量值和自定义计算量值在层次上是与实测量值同等的，所有量值( 包括内 部统计量值、自定义计算量值) 均可按需派生相应生成量以作进一步统计处理，如对功 率因数可派生越限记时以获得合格率等。 事件及报警： 图2 4 数据统计分析界面 浙江大学硕士学位论文县级城市电力综含自动化系统研究 事件类型：数值越限、状态变位、瞬变状态、运行工况、保护信息、用户操作事件信息。 告警级别： 告警级别按量值统一设置，告警级别包括：0 级不告警；l 级重要告警，与事故告警 等级；2 级一般告警；3 级次要告警；不同级别告警音响明显不同。 事件记录： 夺越限记录：越限事件起止时间、最严重值等； 夺变位记录：变位事件发生时间、性质等； 夺瞬变记录：瞬变事件发生时间； 夺停电记录：停电及恢复时间、停电时刻的负荷； 夺s o e 记录：精确到毫秒级的事件动作； 夺保护记录：保护事件发生时间及动作内容： 夺操作记录：记录遥控操作的全过程，包括预令、 及事件的时间，操作员名字等。 语音功能： 夺硬件支持； 夺声霸卡； 夺电话语音卡； 夺语音告警：语音提示告警消息内容： 夺语音操作提示：语音提示操作对象及步骤； 夺电话语音查询：远程电话查询告警事件： 夺采用按对象录音及语音合成的方法，语音自然， 夺瞬变状态告警不发音响。 数据库管理功能： 正令、取消、执行结果等各命令 录音工作量小 数据库管理模块为系统提供方便灵活的数据库维护界面，除实时数据库放在共享内 存外，其他数据库均放在商用数据库中，数据库包括： ( 1 )实时数据库 ( 2 )属性数据库( 在g i s 数据中) ( 3 ) 历史数据库 ( 4 ) 事件，报警数据库 浙江大学硕士学位论文县级城市电力综合自动化系统研究 2 2 3 系统地理信息子功能 地理信息系统的一个重要应用领域就是各种管线的市政设施管理，对于这一特定的 应用，一般称之为自动制图，设备管理( a m f m a u t o m a t e d m a p p i n a ，f a c i i i t i e s m a n a g e m e n t ) 或者a m f m g i s 。目前对它还没有个统一的概念，一般可以认为， a m f m g i s 是包括对地理数据的输入、编辑、管理、输出等制图过程的自动化以及对地 图上的设施及属性进行管理的地理信息系统。 城市配电设施是市政设施的一令重要组成部分，将a m f m g i s 技术应用于城市配 电网是目前国内外研究和发展的新领域。在许多欧美发达国家积极兴建的“数字电网” 计划中，应用a m ，f m ，g i s 技术成为了一个强有力的手段。例如，西班牙电力通用公司 ( e r z ) 建成的监控和数据查询系统s c a d a ( s u p e r v i s o r y c o n t r o la n d d a t aa c q u i s i t i o n ) ， 就是融自动绘图、设施管理和地理信息系统于一身的系统，为西班牙北部4 5 0 ，0 0 0 多平 方公里的面积提供电力服务，客户超6 0 万。在我国相关的应用研究开始于2 0 世纪8 0 年代末9 0 年代初期，经过十余年的发展，也取得了显著的成绩。深圳市雅都图形公司开 发的g r o w 平台就是一个很好的a m ，f m g i s 平台，武汉供电局利用该平台建立的“武 汉供电局a m f m g i s 系统”，是全国第一个分布式结构的、规模最大的配电a m f m g i s 系统，应用规模和覆盖面积达7 0 0 平方公里，系统在1 ：2 0 0 0 的地利背景图上建立了包 括6 2 个变电站、7 2 0 个配电室、4 8 7 0 台公用配变、7 8 0 0 台专用配变和2 6 9 0 公里1 0 k v 配电网模型。实现了全部配网设备基础数据管理、线路接线图和网络图自动生成、报表 统计、s c a d a 信息引入、停电分析、负荷转供、线路搭按、理论线损计算、可靠性辅助 设备统计以及w e b 浏览器查询等功能。应该说该系统的建成表明了我国在配电 a m f m ，g i s 系统领域的研究能力和开发水平己跟国际同步。 早期的配电a m f m g i s 系统主要局限于电网图形的可视化显示、电力设备的定位 以及一些综合查询功能，这些都仅仅是一些离线方面的应用，很显然是不能满足配电网 管理的要求。当代的配电a m f m g i s 系统的功能比起早期已经有了很大的拓展，增加了 很多在线方面的新功能，主要是反映配电网的运行状况、在线操作、负荷管理、停电管 理以及与自动计费系统的连接。另外，新一代的配电a m f m g i s 系统逐步拓展到配电网 的优化设计、潮流计算、可靠性分析、故障的快速隔离、负荷的转移等应用中，增强了 对配电网的分析和辅助决策功能。 地理空间数据是指以地理空间位置为参考的数据，地图是空问数据的一种表达形式， 新江大学硕士学位论文县级城市电力综合自动化系统研究 控件位置通常是用空间实体与某参考坐标系统的关系来表达。 这种空间数据的组织能满足配电网自动化的要求，根据实际地理位置句置设备、线 路，展示配电网的实际分布，采用层的概念来组织图形和管理基础数据，自由分层，层 次之间又可以灵活地自由组合。 县级电网综合自动化系统配电地理信息管理功能由两个部分、六个功能予系统组成， 包括图资系统管理( a m f f m i g i s ) 、w e b 浏览功能、接口功能、配电工作管理( d j m ) 、 故障投诉管理( t c m ) 、配电分析功能( p a s ) ，如图2 5 所示。 配电地理信息管理系统 图资系统( a f m g i s ) 基础功能l + _ 一w e b 浏览器 接口功能 配电分析功能( p a s ) 故障投诉管理( t c m ) 麻用功能卜一l 一配电工作管理( d j m ) 图2 5 g i s 应用功能 配电网地理信息系统是一种操作直观简单、人机界面友好的地理信息系统。该系 统利用软件技术对电力系统基础数据进行计算机管理，形成一个具有空间概念( 地理 环境信息) 和基础信息( 输电网络及设备资料、通信网络及设备、电力用户资料) 的 分层管理基础数据库，既能方便地进行查询和管理，又为电力系统的安全经济运行和 管理提供一个有效的、具有地理信息的数据模型。主要指配电图资系统 ( a m ，f m g i s ) ，是自动绘图、设备管理和地理信息系统总称。与输电系统不同的是 配电系统从变电站、馈线线路一直到用户的电表能为止，配电系统的j 下常运行、计划 维修、故障排除，恢复供电以及规划设计等都与地理信息有关。因而配电地理信息系 统是开展各项自动化的基础惮j 。 配电图资系统( a m f m g i s ) 系统是配电系统整体管理水平提高的集中表现。 1 9 斯江人学烦士学位论文县级城市电力综合自动化系统研究 配电图资系统( a m f m g i s ) 是自动成图、设备管理和地理信息系统的总称，自动 成图a m 就是将地理背景图形、电力设备图形合理地组织并保存到计算机中；设备 管理f m 就是在地理背景图上绘制各种电力设备设施，并可以检索其坐标位置以及包 括实物图片在内的有关技术档案：采用g i s 技术能进行综合分析、拓扑追踪与空间 分析，并利用数据库技术把地物的空间数据与属性数据对应起来，从而提高设备维护 人员了解设备运行情况与解决设备故障的能力。 城市地理信息系统中，g i s 功能主要包括以下功能，图形输入输出：背景地图的d x f 导 入、图形d x f 导出、g p s 设备坐标数据导入、图形打印输出； 图形操作：图形的缩放、漫游、鹰眼导航、按比例缩放、图层的显示控制( 可视、 可选、可点击、绘图顺序) 、背景地图的分幅显示； 图形编辑：各种电力设备的图形的录入，图形对象的删除、移动、旋转，图形对象 的节点编辑，电力设备图形符号的编辑，站内部图的模板； 图形数据校验：电力线路拓扑关系的校验、设备关联关系的校验、线路自相交检查、 两点设备的检查、接头的检查、站内部设备的检查、馈线设备的检查 设备查询与统计：设备对象浏览、设备树查询、馈线查询、空间区域内设备查询； 拓扑分析：线路连通性分析、线路最短路径分析、供电范围分析、供电电源分析、 最近接电点分析； 配电实用功能：系统图、一次接线图、杆位图、电缆管理等功能模块，这些实用功 能是基于配电图形资源的管理之上； 杆位图：杆位图生成、卡t 位图更新、杆位图删除、车t 位图增量处理： 一次接线图：一次接线图生成、一次接线图删除、一次接线图调整、一次接线图增 量处理： 系统图：系统图生成、系统图复制、系统图删除、系统图调整、系统图上丌关操作、 系统图的增量设备处理； 没备编码：单个设备编码、多个设备编码、低压设备编码、设备重码校验； 电缆管理：电缆沟剖面图生成、工作井内部图生成、电缆沟内电缆的查询与定位； 开关操作：闭合、断开、挂牌、退投、废弃； 同志管理：登陆退出日志记录、设备对象操作日志记录、数据版本操作日志记录、 开关操作日志记录、数据编辑审计； 浙江大学硕士学位论文县级城市电力综合自动化系统研究 一 2 2 4 配电工作管理( d j m ) 配电工作管理是将县级电力综合自动化系统的各个工作流程进行统管理的系统 是将县级城市的工作进行信息共享的体现； 在县级城市电力综合自动化系统中配电工作管理的主要功能是： 图2 ，6 配电工作管理功能 系统的配电工作管理系统提供网络分析功能，可根据开关、刀闸和熔丝等的状态信 息，以及配变的供电范围关系，构成配电网络拓扑结构和供电域。在配电设备检修的方 式下，优化供电接线方式，缩小停电范围并显示对用户的影响范围，同时自动检索检修 区域内是否有特殊用户，以便及时处理。系统以地图为背景，图上设置状态与资料数据 库建立有机的联系，显示设备档案，运行维护资料等。 具体功能为：运行工作管理、排设备巡视计划、对运行指标进行统计、对停电、故 障网络提出恢复供电的优化方案、可提供运行管理使用的薄册管理手段； 2 l 浙江大学硕士学位论文县级城市电力综合自动化系统研究 设备检修管理：可根据检修管理指标，自动进行校核自动列出各项指标的完成情 况，提醒工作人员安排设备检修工作，并能提出设备检修计划：编制检修计划，按供电 可靠性指标对设备停电时间和次数进行控制；对检修项目进行管理；开列工作票和操作 票；对设备完好率、检修率进行统计；进行设备检修周期管理；进行设备大修管理；进 行设备巡视周期管理；根据缺陷统计、配电设备运行记录和历史资料，进行综合分析， 自动生成影响的相关地域范围和设备清单，提出最佳停电方案和工作时间；自动生成施 工图及维修费用概预算；工作结束后，对相关的设备进行更新。 配电网设备档案管理：变电所，开关站：全站一次设备平面图，高压室布置图、结线 图、公变、专变、开关室内所有电气设备铭牌、结线图、布置图、结构图；电缆：电缆 及电缆沟走廊剖面图、敷设形式、检修井、电缆接头位置等；架空线：导线、市t 塔、上 杆电缆头、配变、柱上开关等杆上设备。这些设备信息，既包括生产厂家、出厂铭牌、 技术参数、投运日期、检修次数、编号、备注等基本的管理信息，又包括设备的运行工 况的数据。 统计报表功能：由计算机自动生成配电管理所需的各种生产月、季、年报表，并生 成配电专业年报，报表格式应能方便设定。 2 2 5 配电高级应用功能( 潮流计算) 配电网在结构和参数方面都与高压输电网有很大不同，具体表现在如下几点：在结构 方面，配电系统多采用闭环式网络结构，开环运行；在参数方面，r x 比值较大；在负载方 面，配电负荷存在严重的三相不对称。这些特点决定了配电网的潮流算法和输电网的潮 流算法不尽相同【9 1 1 1 0 j 。 随着科学技术和电力工业的发展，配电网的潮流计算的研究大致经历了三个发展阶 段：手算阶段、对称潮流计算阶段和三相潮